3.1 Вихідні дані для розрахунку

Для розрахунку режимів деформації, що відбуваються у клітях формувального стану 12201620 ВАТ “ХТЗ” необхідні наступні вихідні дані:

Варіант №2

• марка сталі листа – 13Г1С – У;

• зовнішній діаметр готової труби – D_зов= 1220 мм;

• товщина стінки труби – S = 12мм;

• модуль пружності – Е = 205880 Н/мм²;

• коефіцієнт зміцнення – К₀= 10.0;

• розмір залишкової деформації – _ост= 0.4

• вихідний розмір овальності трубної заготовки – = 130 мм

• розмір кута заформування профілю напівциліндра – = 188,5

• межа текучості – _т= 402Н/мм².

Для основного металу листа отримаємо наступні вираження для визначення _{т min}та_{т max}

= 402 + 20 = 422 МПа

= 402 + 100 = 502 МПа

3.2 Розрахунок параметрів базової ширини трубної заготовки

На безперервних формувальних станах трубоелектрозварювальних агрегатів формування смуги чи листа здійснюється безперервним поперечним гнуттям плескатої заготовки в заготовку з криволінійним поперечним перерізом за рахунок зрушених деформацій металу відносно нейтрального перерізу, котрий в процесі гнуття не змінює свої довжини, тобто залишається рівним ширині вихідної смуги чи листа. Ширина листа розраховується із наступної залежності:

де	Вл	–	Ширина листа, мм
	Dзов	–	Зовнішній діаметр готової труби, мм
	S	–	Товщина стінки труби, мм
	Еост	–	Величина остаточної деформації труби при розтині по діаметру на гідромеханічному експандері, %

3.3 Розрахунок вихідних параметрів трубної заготовки

Розрахунок параметрів трубної заготовки, напівциліндра, а також параметрів формування здійснюється відносно нейтрального перерізу. Початковою умовою порядку розрахунку є овальність труби, що зварена усіма швами (технологічним, внутрішнім та зовнішнім робочим), котра перед експандуванням повинна бути приблизно 0. Величина овальності після станів СО₂ приймається в залежності від товщини стінки труби, тому що в процесі технологічного переділу після зварювання кожного з робочих швів від теплових (зварювальних) деформацій відбувається збільшення розміру заготовки за зварювальними швами, тобто спостерігається ефект деовалізації заготовки в профіль, близький до форми круга.

На рисунку 3.1 надані дослідницькі дані для виробу вихідної величини овальності трубної заготовки () в залежності від товщини стінки труби для легованих сталей.

Дослід експлуатації станів СО₂ показав, що найбільш оптимальним засобом зборки та зварювання технологічних швів є натягання напівциліндрів на оправу станів. При цьому відбувається розгинання профілю напівциліндрів до 180 з виникненням в металі стискуючих напружень, що викликають притиснення кромок до роликів оправки. Цим забезпечується якісна збірка напівциліндрів без зазорів за всією довжиною. Кут виформовування _кр та радіус профілю R_кр прикромочних ділянок напівциліндра при відгинанні в станах СО₂ практично не змінюється, зменшується кут _{ц заг} та збільшується радіус R_{ц заг} центральної частини профілю напівциліндра. На рисунку 3.2 надана схема розрахункового профілю напівциліндричних заготовок. Оптимальний кут виформовування прикромкової ділянки напівциліндра _кр=20.

, мм

S, мм

Рисунок 3.1 – Залежність величини овальності трубної заготовки  від товщини стінки труби S для легованих сталей

Параметри профілю трубної заготовки після станів СО₂ визначаються з геометричних відношень:

де	Rкр	–	радіус профілю прикромкової ділянки напівциліндра, мм
	Вл	–	ширина листа, мм
		–	овальність трубної заготовки, мм
	кр	–	кут виформовування прикромкової ділянки профілю напівциліндра, град

де

Rц

–

радіус центральної частини профілю трубної заготовки після станів СО2, мм

Довжина прикромкової ділянки напівциліндрів _кр дорівнюється:

Для розрахунку останніх параметрів напівциліндра після формувального стану приймаємо сумарну величину кута заформовування профілю .

Рекомендовані кути заформовування профілю напівциліндра в залежності від товщини стінки труби S надані на рисунку 3.3.

Довжина центральної ділянки профілю напівциліндра дорівнюється:

Де

кр

–

довжина прикромкової ділянки профілю напівциліндра, мм

Кут виформовування центральної ділянки профілю напівциліндра:

Де		–	сумарний кут профілю напівциліндра, град
	кр	–	кут виформовування прикромкової ділянки, град

Радіус центральної ділянки профілю напівциліндра дорівнюється:

Рисунок 3.2– Схема розрахункового профілю напівциліндричних заготовок

, град

S, мм

Рисунок 3.3 – Залежність кута заформовування профілю напівциліндра  від товщини стінки труби S

4. . Розрахунок режимів деформації, які забезпечують стабільність розмірів заготовки

Для забезпечення стабільності розмірів заготовки при коливанні межі текучості металу від _min до _max , на останньому етапі формування використовують певну ступінь відгинання центральної ділянки профілю заготовки. Необхідні для цього кути вигину та розгину центральної ділянки визначаються аналітичним шляхом з обліком зміцнення металу, а також ефекту Баушингера при знаковідмінних деформаціях.

Різниця між кутами загину та розгину:

Де	р	–	кут розгину центральної частини профілю напівциліндра, рад
	в	–	кут вигину центральної частини профілю напівциліндра, рад
	Ко	–	відносний модуль зміцнення металу (за Е.М. Мошніним)

Коефіцієнти, що увійшли до (3.12) K_max та K_min відповідають максимальному та мінімальній в заданому діапазоні межі текучості металу та визначаються за наступними формулами:

Де	Е	–	модуль пружності, Н/мм2
	ц	–	довжина центральної частини профілю напівциліндра, мм

Значення модуля пружності металу Е та коефіцієнт зміцнення К_о обираються згідно рекомендаціям [2] та [3].

Пружиніння заготовки після розгинаючого калібру розраховується за формулою, що була отримана з обліком припущення про те, що підвищення межі текучості методу з-за зміцнення. При цьому найбільший ефект спостерігається у випадках з максимальним значенням межі текучості _max у цьому випадку, величина пружиніння після розгинаючого калібру знаходиться за формулою:

Де	р	–	величина кута пружиніння після розгину, рад
	в, р	–	повний кут профілю відповідно у вигинаючому та розгинаючому калібрах стану

Аналіз запропонованих формул пружиніння заготівок довів, що при однозначному вигині на ділянці між суміжними калібрами величина пружиніння зростає з ростом величини межі текучості матеріалу зменшенням товщини стінки. Величину __р можна визначити з діаграми, наданої на рисунку 3.4.

За заданим центральним кутом профілю готового напівциліндра _ц згідно формули знаходимо кут профілю центральної ділянки заготовок в розгинаючому калібрі _р :

Кут профілю центральної ділянки у вигинаючому калібрі _в визначається за допомогою закономірностей

Радіус центральної ділянки профілю заготовок у вигинаючому калібрі дорівнює:

∆

140

_и-_р

130

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

5

10

15

20

25

30

35

40

45

К₁ =0,42

К₂ =0,40

К₃ =0,38

К₄ =0,36

К₅ =0,34

К₆ =0,32

К₇ =0,30

К₈ =0,28

К₉ =0,26

К₁₀=0,24

К₁₁=0,22

К₁₂=0,20

К₁₃=0,18

10

11

12

13

6

5

4

3

2

1

7

9

8

10

11

12

13

6

5

4

3

2

1

7

9

8

Рисунок 3.4 – Залежність пружиніння від відносного куту розгину для заготовок з різними механічними та геометричними характеристиками

Радіус центральної ділянки профілю заготовки у розгинаючому калібрі:

Розраховані режими деформації здійснюють у валках передостанньої (VI) та останньої (VII) клітях формувального стану. Вигин та розгин виробляють з центральною ділянкою профілю заготовки, оскільки прикромочні ділянки виформовують в ІІ кліті стану, та при формуванні заготовки в останніх клітях їх параметри (_кр та R_кр) залишаються незмінними.